具体实施方式

现在参见附图，其中在若干视图中，类似的数字是指类似的元件。图1是发电系统100的示意图。发电系统100可包括从其他初级能源产生电力的原动机。示例性原动机可为气体涡轮150，诸如航改式气体涡轮，并且可为具有气体涡轮轴的旋转机械装置，该气体涡轮轴驱动发电机以向输电网供应电力，该输电网向用户供应电力。其他实施方案可包括不同类型的涡轮，诸如蒸汽涡轮。为了实现无故障运行，涡轮轴速度和所得的电网频率必须保持在运行范围内。

气体涡轮150可联接到为电网140供电的发电机130。气体涡轮引擎150可包括压缩机。压缩机压缩进入的空气流。压缩机将压缩的空气流递送至燃烧器。燃烧器将压缩的空气流与加压的燃料流混合并点燃混合物，从而产生燃烧气体流。燃烧气体流继而被递送至涡轮。燃烧气体流驱动涡轮以便产生机械功。涡轮中产生的机械功经由轴驱动压缩机并且驱动外部负荷诸如发电机130。

气体涡轮引擎150可使用天然气、各种类型的合成气、液体燃料和/或其他类型的燃料及其共混物。气体涡轮引擎150可具有不同的构造并且可使用其他类型的部件。在本文中也可以使用其他类型的气体涡轮引擎。本文中还可一起使用多个气体涡轮引擎、其它类型的涡轮以及其它类型的发电设备。

气体涡轮150还可联接到涡轮控制器160。涡轮控制器160可控制气体涡轮150的一个或多个方面的运行。发电机130可联接到由励磁机控制器110控制的励磁机120。励磁机120可被构造成自动调节电压并且供应直流(DC)输出。例如，励磁机120可包括电路，该电路向发电机130的转子的励磁绕组提供DC电流和DC电压，从而在发电机130内感应磁场。磁场可随后导致转子在发电机内部旋转并且使发电机130的轴旋转。除了在发电机130内产生磁场之外，励磁机120可用于控制由发电机130输出的电压的频率、振幅和相位特性。因此，在发电机轴以其额定速度旋转之后，励磁机120可用于使发电机130输出的电压与电网140的电压同步。

励磁机控制器110可为任选地包括输入接口112、输出接口118、一个或多个处理器114和/或一个或多个存储器装置116中的一者或多者的计算系统。如下文所详述，在发电系统100的控制下，励磁机控制器110有利于识别瞬态电网事件。在另选的实施方案中，可使用与励磁机控制器110分开的控制器来代替或辅助励磁机控制器110。

在电网140上发生导致频率偏差的瞬态事件之后，发电系统100可使用涡轮控制器160使系统回到平衡。例如，当检测到电网140中的频率下降时，可检测到速度下降，因为速度随电网频率而变化。原动机的燃料摄入将基于感测速度下降而增加，这增加了有功功率输出以补偿频率下降。

涡轮150可使发电机130中的轴旋转，使得发电机130输出电压。发电机130的电压输出可随后与电网140的电压同步。在某些实施方案中，励磁机控制器110可监测电网140的电特性。因此，励磁机控制器120可监测电网140的瞬态事件，诸如电网频率的上升或下降、发电机130的有功功率或无功功率的上升或下降等。瞬态事件可包括电特性诸如电压、电流、功率、功率因数等的变化。

在一些实施方案中，励磁机控制器120可被构造成在电网瞬态到其发生的初始阶段检测或识别瞬态电网事件。在检测到瞬态事件时，励磁机控制器120可将命令或通知发送到涡轮控制器160以调节原动机的运行并且补偿发电机的频率变化。即，励磁机控制器120可监测发电机130的电参数，诸如功率输出和电频率，并且基于电参数来检测瞬态事件。

本文所述的发电系统100可经由以下各项中的一者或全部的组合来响应于电网频率瞬态事件而提供快速负荷支持：(i)电网事件的早期电检测；(ii)使用MW建模值代替测量的瓦特计值(例如，避免在瓦特计处读取由发电机的动能响应于频率瞬态的变化所贡献的功率分量)；和/或(iii)使用用于燃料值控制回路的灵活动态。因此，可在不振荡涡轮频率的情况下实现涡轮响应加速。此外，响应于电网频率的降低，可使用例如航改式气体涡轮来提供即时电力。

图2是如本文中可能描述的用于励磁机和气体涡轮的控制系统的示意图。与相对于图2所示的示例所讨论的那些相比，其他实施方案可具有另外的、更少的和/或不同的部件或构造。

图2所示的控制系统可用于响应于小型电网或可能不稳定的电网中的频率事件而提供快速电力。一些实施方案可使用具有燃料源诸如柴油或乙醇的航改式气体涡轮。

在图2中，自动稳压器(AVR)/励磁机控制器200可被构造成控制向发电机的转子提供DC电压和/或DC电流的励磁机的运行。AVR/励磁机控制器200可包括一个或多个早期电检测模块202。早期电检测模块202可被构造成将电网中的频率下降检测为潜在干扰。例如，早期电检测模块202可被构造成监测电网的一个或多个特征或电特性，诸如与电网相关联的频率、电压、电流、功率或功率因数。基于电网特征或电特性的变化，早期电检测模块202可确定电网上是否存在瞬态事件。例如，如果与电网相关联的频率、电压、电流、功率或功率因数中的一者或多者增大或减小超过阈值，则早期电检测模块202可确定瞬态事件正在发生或以其他方式即将发生。在一个示例中，AVR/励磁机控制器200可感测发电机的端子处的电频率的变化率，并且可确定轴线加速的变化率(其中变化率是由AVR/励磁机控制器200监测的电特性中的一个电特性)，以便确定是否正在发生瞬态事件。当检测到瞬态事件时，AVR/励磁机控制器200可将瞬态事件的通知220发送到涡轮控制器210。因为AVR/励磁机控制器200可联接到发电机和励磁机，所以AVR/励磁机控制器200可比速度测量技术更快且更可靠地检测电网事件。

AVR/励磁机控制器200可与涡轮控制器210通信。涡轮控制器210可被构造成控制涡轮诸如航改式气体涡轮的运行。涡轮控制器210可从AVR/励磁机控制器200接收瞬态事件的通知220。涡轮控制器210可基于通知220来调节涡轮的运行。例如，涡轮控制器210可基于电力的建模值和/或基于对涡轮的燃料阀调节器的燃料需求的动态来调节涡轮的运行。

在从AVR/励磁机控制器200接收到通知220之后，涡轮控制器210可通过用涡轮的燃料阀调节器的燃料需求的改善动态230替换涡轮的燃料阀调节器的燃料需求的传统动态232来修改涡轮的第一工作参数240。动态的替换可响应于检测到的事件而调节第一工作参数240以增加或减少燃料。第一工作参数240可由于通知220而被修改。动态的替换可以是临时的以应对事件，并且可在事件已经过去之后返回到正常运行。燃料阀控制回路的灵活动态还可确保快速响应且不损害稳定性。

在一些实施方案中，除了修改燃料动态之外或代替修改燃料动态，涡轮控制器210可响应于通知220而调节第二工作参数284。第二工作参数284将是发电机电力的测量结果。由于联接到发电机的旋转机器的旋转惯性，旋转机器随着其旋转速度的增加而获得动能。当发生导致旋转速度变化的电网瞬态时，动能也变化。动能的变化率引起被称为惯性响应的电力输出(和/或输入)的分量，该分量叠加到发电机的由涡轮的工作流体产生的电力输出的分量(例如，观察到的功率增加，但不是由于燃烧器中的燃料增加)。例如，以恒定功率需求运行的高惯性机器上的负电网频率瞬态事件将导致将增加功率反馈的较大正惯性响应，从而给燃料调节器带来较大负误差，使得当频率下降的期望响应是增加燃料以增大功率来恢复系统频率时，燃料调节器错误地减少燃料。为此，通过使用切换反馈机构284来检测事件220，根据功率需求250和功率反馈290之间的误差260来调节到调节器270的燃料流量的涡轮控制器可通过电瞬态事件具有改善响应，如果已知并检测到事件220将导致不期望的燃料调节器响应，该切换反馈机构可在测量的电力282或可能不包括惯性响应的建模功率输出280之间进行选择。因此，涡轮控制器210可用MW建模值280来替换瓦特计测量的MW值282。值的替换可响应于检测到的事件而调节第二工作参数284以增加或减少燃料。值的替换可以是临时的以应对事件，并且可在事件已经过去之后返回到正常运行。

在一些实施方案中，涡轮控制器210可生成或确定MW建模值280。例如，涡轮控制器210可基于气体涡轮高压压缩机排放压力来确定MW建模值280。通过使用MW建模值280，涡轮控制器210可避免在电网事件发生时在瓦特计处读取惯性响应。在一些情况下，MW建模值280可基于可变几何位置和燃料需求由涡轮控制器210在内部计算。

第一工作参数240可被馈送到涡轮控制器210处的MW需求模块250，这可用于控制阀260的运行。类似地，第二工作参数284可被馈送到涡轮控制器210处的MW反馈模块290，这也可用于控制阀260的运行。阀260可用于将燃料供应到燃料调节器270以运行涡轮。

因此，涡轮控制器210可被构造成生成电力的建模值，其中建模值是基于涡轮处的压缩机的压缩机排放压力而生成的兆瓦建模值。建模值可暂时地替换涡轮的瓦特计处的实际发电机电力读数。此外，涡轮控制器210可被构造成调节对涡轮的燃料阀调节器的燃料需求的动态，其中燃料需求的动态是灵活动态，并且其中可通过用第二动态暂时地替换第一动态来调节燃料需求的动态。第二动态可导致涡轮的受控加速。在一些实施方案中，涡轮控制器210还可被构造成确定电网频率边界，并且增加阀响应时间以避免涡轮频率响应的振荡。一些实施方案可被构造成使得涡轮的燃料致动器以50Hz标称频率的最低点频率约4s(49Hz)在初始位置与最终位置之间达到移动的95％。

因此，所述控制系统确保涡轮响应在恶劣的电网条件下对频率事件的可靠性，并且不使用传统的速度控制。涡轮控制器210可通过燃料阀控制的灵活动态响应于通知220来激活涡轮的受控加速，并且不影响稳定性。本公开的实施方案可基于电力的建模值来调节涡轮的一个或多个操作，其中一个或多个操作包括主频率算法以及对阀调节器的燃料需求的动态。因此，可在检测到主电网频率下降时提供即时电力。

图3是如本文中可能描述的用于对电网频率瞬态事件进行快速负荷支持的示例性处理流程300。图3中所述的操作中的一个或多个操作可以不同顺序和/或由相同计算机系统或分布式计算环境中的不同计算机系统来执行。在一个示例中，图3的操作可由图2的AVR/励磁机控制器200执行。

在框310处，第一控制器(诸如AVR/励磁机控制器200)可监测与电网相关联的第一组电特性。例如，第一控制器可监测频率、电压、电流、功率、功率因数和/或与电网相关联的其他电特性。

在确定框320处，可由第一控制器作出关于是否存在电网频率的突然变化的确定。例如，第一控制器210可确定电网的一个或多个特性诸如电网频率是否突然增大或减小超过阈值量。如果在确定框320处确定电网频率没有突然变化，则处理流程300可返回到框310，并且可使用第一控制器继续监测。如果在确定框320处确定存在电网频率的突然变化，则处理流程300可前进至框330。

在框330处，第一控制器可基于第一组电特性来确定电网上存在瞬态事件。例如，基于电网频率在一定时间长度内变化超过阈值量，第一控制器可确定电网上存在瞬态事件。

在框340处，第一控制器可将瞬态事件的通知发送到第二控制器。例如，第一控制器可将瞬态事件的通知发送到涡轮控制器。

在框350处，第一控制器可激活涡轮的受控加速。在一些实施方案中，第一控制器可通过使第二控制器激活涡轮的受控加速来使涡轮的受控加速激活。受控加速可降低由于电网频率的快速变化而导致的电力损失的风险。

图4是如本文中可能描述的用于对电网频率瞬态事件进行快速负荷支持的示例性处理流程400。图4中所述的操作中的一个或多个操作可以不同顺序和/或由相同计算机系统或分布式计算环境中的不同计算机系统来执行。在一个示例中，图4的操作可由图2的涡轮控制器210执行。

在框410处，涡轮的涡轮控制器可接收瞬态事件的通知。例如，AVR/励磁机控制器可检测发电机和/或电网处的瞬态事件，并且涡轮控制器可从AVR/励磁机控制器接收瞬态事件的通知。

在框420处，涡轮控制器可基于涡轮处的压缩机的压缩机排放压力来确定MW建模值以替换测量的瓦特计值。例如，涡轮控制器可至少暂时地导致测量的瓦特计值被替换为MW建模值。MW建模值可基于涡轮处的压缩机的压缩机排放压力来确定，并且可反映瞬态事件。

在框430处，涡轮控制器可确定对于燃料需求的改善动态燃料值。改善动态燃料值可至少暂时地用于替代传统动态。

在框440处，涡轮控制器可使用改善动态值来调节燃料需求。例如，涡轮控制器可调节对涡轮的燃料阀调节器的燃料需求的动态。

在任选的框450处，涡轮控制器可调节用于运行涡轮的主频率算法。

因此，涡轮控制器可允许气体涡轮使用多种燃料工作并且在发生电网事件时提供快速响应，并且可在需要涡轮的受控加速时提供对燃料供应阀的改善控制。

应当显而易见的是，前述内容仅涉及本申请和所得专利的某些实施方案。在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本发明的一般实质和范围的情况下，本领域普通技术人员可以在本文中进行许多改变和修改。